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[摘 要]在锅炉设计中，充分利用自激励脉动燃烧的手段，不仅可以使锅炉的送热能力得到明显改善，而且可以有效地减少排烟情况，防止污染问题的发生。本文通过实验研究，分析了自激励脉动燃烧方法在锅炉设计中的科学应用，在阐述了该技术利用制约要素的前提下，得出了在设计上应当遵循的原则性问题，也就是自激励脉动燃烧器的设置部位应当科学合理，一般情况下要设计到距离进风口流动通道的四分之一处，所有排烟管道的截面加起来应当是炉膛截面的20-30%，根据脉动的次数来决定管道底部直径的大小，通过气流的面积应当是一致的。这种方法设计的锅炉应当具有良好的使用性能。
[关键词]锅炉设计；脉动燃烧技术；自激励方式；方法研究
中图分类号：TK229 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）41-0012-01
引言
所谓的脉动燃烧，通常情况下，就是可燃物在燃烧的时候，由于所存在的氧气产生了流动，故而出现了有固定周期的一种脉动效应。这种类型的燃烧，是典型的节能环保燃烧手段，即使存在的空气系数并不高，空间范围并不大，但是仍然能够实现充分的燃烧，同时燃烧的坚固性、送热性能和传导指数也非常高，所以这种脉动燃烧技术已经在工业领域得到了广泛的推广普及。
最近几年，随着科技发展的日新月异，在锅炉设计开发过程中，这种脉动燃烧的方法得到了业界人士和很多专家学者的研究探讨。特别是在一般家庭户外使用的锅炉中，用自激励脉动燃烧的方法进行设计，送热量最高的可以达到97%左右，而且排出的氮氧成分物质含量也特别低，应用起来非常便利，而且也非常成功。同时，采用自激励脉动燃烧方法设计的锅炉，运行使用之后生成了一种燃气脉冲，用这种脉冲对锅炉中积存的灰尘进行清除，还非常干净，效果非常好。有的设计人员利用自激励脉动燃烧技术研究出了一种锅炉，热量输送的功率达到了100千焦，热工效能非常好，又没有太多的污染，同时设计的锅炉系统也不复杂，锅炉应用中非常便利、可行，探索了自激励脉动燃烧锅炉设计的全新途径。
目前基于脉动燃烧发生的控制架构，一般主要包括了有閥和无阀的两种类型。无阀类型的结构，由于不必在脉动燃烧设备里安装运行频率比较高的零部件，装置不是很复杂，生产加工也不困难，而且应用起来经久耐用，生命力较长，特别适合于研发节约能源不污染环境的锅炉设备，而且优势特别突出。然而目前在进行锅炉设计的时候，并未充分利用到这种技术，特别是由于脉动锅炉自身的独特性质，对这种无阀锅炉的研发和推广使用也产生了一定的制约作用。笔者试结合无阀自激励脉动燃烧技术在锅炉设计中的应用，谈些粗浅的认识。
1 影响锅炉设计中自激励脉动燃烧技术应用的主要因素
无阀脉动燃烧中，使用的比较明显的就是里克管，一般制作里克管的材料主要是圆形的直管，而且在放置的时候最好呈垂直状态。脉冲气体的燃烧如果处于里克管距离底部四分之一的地方，受到向上升起的气流的影响，热声变换可以自由形成，同时引发里克管里的气体产生了长度为二分之一的震荡波，这种振动波幅反过来又影响到了火焰的流动，因而就产生了稳固性能良好的脉动式的燃烧。不过产生脉动燃烧的过程，是由多种因素形成的，而这些因素也成为了影响锅炉设计中利用无阀自激励脉动燃烧技术的主要原因。
1.1 长径比率的影响因素
由于里克管形成和保持一定脉动程度的气流，主要是基于自激励振动而出现的，并且是在变换热声的时候，为了防止出现摩擦力导致热声发生损耗，以及出现辐射源导致热声发生损耗，通过有效地避免这两种内因和外因的影响，增加微小的振动所形成的自激励效应。而且一般常规使用的里克管，损耗最大的声能基本上是从里克管的上端流失掉的。按照声学的原理，为了维持稳定的声能结构，防止其辐射到外面，就应当保持里克管的长度和直径的比率达到非常大的数值；而比较合理的数值，是基于个别学者的研究结论，也就是长度和直径的比例不小于10（大于或者等于），这么高的比率，有效地避免了扩大里克管内部的截面，确保了声能能够及时被引发振动起来，确保了脉动燃烧效果。
1.2 振动频次的影响因素
假设里克管的振动波幅长度为二分之一，所以声能传递的速度、振动波幅的长度和次数就出现了彼此的联系情况，而且会制约着里克管的研发和生产。但是如果在设计里克管的时候，避免了长度和直径的比率太大的现象，就会使得上述速度、长度和频次的关系具有了一定的复杂性。但是如果在设计锅炉的时候，不解决长度和直径比率太大的问题，也会制约脉动燃烧技术特点在锅炉使用中的充分发挥和科学利用。因此，里克管的振动频次如果控制的不合理，也是影响锅炉设计中自激励脉动燃烧技术科学应用的重要原因。
1.3 噪音的影响因素
里克管的上部和底部，一般基于理论声压值是0，不过如果在锅炉运行脉动燃烧的时候，发生了声能流失的情况，就容易出现噪音，不仅由于分贝过高干扰了人的听力，而且也影响了脉动燃烧在锅炉中的科学应用。
2 自激励脉动燃烧式锅炉的设计分析
2.1 科学设计燃烧器的布局
保障里克管声能振动的重要原因就是科学地设计送热的源起，也就是通常所说的热源，如果热源处于里克管底部四分之一处的时候，声能振动的幅度系数就应当是最大的。根据声学原理，里克管的上下两头如果是开通的，里克管的中间可以当做声压产生的腹点，两头的部位则是节点，反方向的部位就是质点，那么里克管的上、下两端的声能流动就会朝着中间的部位，速度和声压不同频率相位的差异就是90度。在脉动燃烧送热的时候，质点速率和声压所发生的转换是切实需要的。而且，里克管的底端，由于声能流动和质点速率是向着同一个地方，并且形成了重合，使得燃烧器充分与空气接触，加快了送热的时间。这样，里克管振幅最高的地方，就是底端声压和速率转换相乘系数值最大的时候，而当其两者交汇处，也即管底四分之一长度处，正是无阀脉动燃烧技术运用到锅炉设计过程中，燃烧器的喷火处和火焰稳固设备处于的位置，也是脉动燃烧自激励作用发挥到极致的地方。
2.2 科学控制长径的比率
如果里克管的管身是直管的形状，热能损耗最大的原因就是来源于上端流失到外部的声能，而且如果损耗的声能比送热设备所带来的声能大，就无法有效地形成自激励脉动燃烧的效果。同时，燃烧器的大小以及里克管的长度、直径的彼此协调不仅能够制约声能的形成和损耗，而且也直接维系着脉动燃烧作用的充分发挥。因此，对于燃烧器的设计，由于长径数值对脉动燃烧器管径的选择有着直接影响，所以要科学控制长径的比率，在大小尺寸的设计上，并非单纯扩大长径比例，应当确保全面实现自激励脉动燃烧技术在锅炉中的应用性能。长径尺寸设计的比较大，是基于控制声能损耗的考虑，如果里克管两头的直径在设计上比燃烧设备空间长径的尺寸低，就会出现阶梯式的横截面积，结果造成里克管中的声能振动出现流失，甚至出现噪音。因此，控制里克管直径的比率，对于脉动燃烧至关重要。
3 结束语
由于自激励脉动燃烧技术在锅炉设计中具有良好的优势，因此，针对制约自激励脉动燃烧性能发挥的薄弱环节，对设计方法进行深入地研究，把握好技术要点，科学、合理地控制燃烧器的布局和里克管直径的比率，对于确保锅炉使用的安全、高效、可靠，确保资源节约和环境保护的目标早日实现，确保供热企业的经济效益和社会效益达到最大化，都具有重要的意义。希望本文的分析，能够对自激励脉动燃烧式锅炉的设计提供一定的借鉴作用。
参考文献
[1]李华、张雪梅、邓凯、钟英杰.自激励脉动燃烧式锅炉设计方法[J].热能动力工程.2007（5）.
[2]钟英杰、李华、陈福连、涂建华、张雪梅.热声型自激励脉动燃油锅炉研究[J].热力发电.2006（10）.
[3]李善斌、王怀彬.脉冲燃烧燃气锅炉的设计与测试[J].煤气与热力.2005（12）.
[关键词]锅炉设计；脉动燃烧技术；自激励方式；方法研究
中图分类号：TK229 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）41-0012-01
引言
所谓的脉动燃烧，通常情况下，就是可燃物在燃烧的时候，由于所存在的氧气产生了流动，故而出现了有固定周期的一种脉动效应。这种类型的燃烧，是典型的节能环保燃烧手段，即使存在的空气系数并不高，空间范围并不大，但是仍然能够实现充分的燃烧，同时燃烧的坚固性、送热性能和传导指数也非常高，所以这种脉动燃烧技术已经在工业领域得到了广泛的推广普及。
最近几年，随着科技发展的日新月异，在锅炉设计开发过程中，这种脉动燃烧的方法得到了业界人士和很多专家学者的研究探讨。特别是在一般家庭户外使用的锅炉中，用自激励脉动燃烧的方法进行设计，送热量最高的可以达到97%左右，而且排出的氮氧成分物质含量也特别低，应用起来非常便利，而且也非常成功。同时，采用自激励脉动燃烧方法设计的锅炉，运行使用之后生成了一种燃气脉冲，用这种脉冲对锅炉中积存的灰尘进行清除，还非常干净，效果非常好。有的设计人员利用自激励脉动燃烧技术研究出了一种锅炉，热量输送的功率达到了100千焦，热工效能非常好，又没有太多的污染，同时设计的锅炉系统也不复杂，锅炉应用中非常便利、可行，探索了自激励脉动燃烧锅炉设计的全新途径。
目前基于脉动燃烧发生的控制架构，一般主要包括了有閥和无阀的两种类型。无阀类型的结构，由于不必在脉动燃烧设备里安装运行频率比较高的零部件，装置不是很复杂，生产加工也不困难，而且应用起来经久耐用，生命力较长，特别适合于研发节约能源不污染环境的锅炉设备，而且优势特别突出。然而目前在进行锅炉设计的时候，并未充分利用到这种技术，特别是由于脉动锅炉自身的独特性质，对这种无阀锅炉的研发和推广使用也产生了一定的制约作用。笔者试结合无阀自激励脉动燃烧技术在锅炉设计中的应用，谈些粗浅的认识。
1 影响锅炉设计中自激励脉动燃烧技术应用的主要因素
无阀脉动燃烧中，使用的比较明显的就是里克管，一般制作里克管的材料主要是圆形的直管，而且在放置的时候最好呈垂直状态。脉冲气体的燃烧如果处于里克管距离底部四分之一的地方，受到向上升起的气流的影响，热声变换可以自由形成，同时引发里克管里的气体产生了长度为二分之一的震荡波，这种振动波幅反过来又影响到了火焰的流动，因而就产生了稳固性能良好的脉动式的燃烧。不过产生脉动燃烧的过程，是由多种因素形成的，而这些因素也成为了影响锅炉设计中利用无阀自激励脉动燃烧技术的主要原因。
1.1 长径比率的影响因素
由于里克管形成和保持一定脉动程度的气流，主要是基于自激励振动而出现的，并且是在变换热声的时候，为了防止出现摩擦力导致热声发生损耗，以及出现辐射源导致热声发生损耗，通过有效地避免这两种内因和外因的影响，增加微小的振动所形成的自激励效应。而且一般常规使用的里克管，损耗最大的声能基本上是从里克管的上端流失掉的。按照声学的原理，为了维持稳定的声能结构，防止其辐射到外面，就应当保持里克管的长度和直径的比率达到非常大的数值；而比较合理的数值，是基于个别学者的研究结论，也就是长度和直径的比例不小于10（大于或者等于），这么高的比率，有效地避免了扩大里克管内部的截面，确保了声能能够及时被引发振动起来，确保了脉动燃烧效果。
1.2 振动频次的影响因素
假设里克管的振动波幅长度为二分之一，所以声能传递的速度、振动波幅的长度和次数就出现了彼此的联系情况，而且会制约着里克管的研发和生产。但是如果在设计里克管的时候，避免了长度和直径的比率太大的现象，就会使得上述速度、长度和频次的关系具有了一定的复杂性。但是如果在设计锅炉的时候，不解决长度和直径比率太大的问题，也会制约脉动燃烧技术特点在锅炉使用中的充分发挥和科学利用。因此，里克管的振动频次如果控制的不合理，也是影响锅炉设计中自激励脉动燃烧技术科学应用的重要原因。
1.3 噪音的影响因素
里克管的上部和底部，一般基于理论声压值是0，不过如果在锅炉运行脉动燃烧的时候，发生了声能流失的情况，就容易出现噪音，不仅由于分贝过高干扰了人的听力，而且也影响了脉动燃烧在锅炉中的科学应用。
2 自激励脉动燃烧式锅炉的设计分析
2.1 科学设计燃烧器的布局
保障里克管声能振动的重要原因就是科学地设计送热的源起，也就是通常所说的热源，如果热源处于里克管底部四分之一处的时候，声能振动的幅度系数就应当是最大的。根据声学原理，里克管的上下两头如果是开通的，里克管的中间可以当做声压产生的腹点，两头的部位则是节点，反方向的部位就是质点，那么里克管的上、下两端的声能流动就会朝着中间的部位，速度和声压不同频率相位的差异就是90度。在脉动燃烧送热的时候，质点速率和声压所发生的转换是切实需要的。而且，里克管的底端，由于声能流动和质点速率是向着同一个地方，并且形成了重合，使得燃烧器充分与空气接触，加快了送热的时间。这样，里克管振幅最高的地方，就是底端声压和速率转换相乘系数值最大的时候，而当其两者交汇处，也即管底四分之一长度处，正是无阀脉动燃烧技术运用到锅炉设计过程中，燃烧器的喷火处和火焰稳固设备处于的位置，也是脉动燃烧自激励作用发挥到极致的地方。
2.2 科学控制长径的比率
如果里克管的管身是直管的形状，热能损耗最大的原因就是来源于上端流失到外部的声能，而且如果损耗的声能比送热设备所带来的声能大，就无法有效地形成自激励脉动燃烧的效果。同时，燃烧器的大小以及里克管的长度、直径的彼此协调不仅能够制约声能的形成和损耗，而且也直接维系着脉动燃烧作用的充分发挥。因此，对于燃烧器的设计，由于长径数值对脉动燃烧器管径的选择有着直接影响，所以要科学控制长径的比率，在大小尺寸的设计上，并非单纯扩大长径比例，应当确保全面实现自激励脉动燃烧技术在锅炉中的应用性能。长径尺寸设计的比较大，是基于控制声能损耗的考虑，如果里克管两头的直径在设计上比燃烧设备空间长径的尺寸低，就会出现阶梯式的横截面积，结果造成里克管中的声能振动出现流失，甚至出现噪音。因此，控制里克管直径的比率，对于脉动燃烧至关重要。
3 结束语
由于自激励脉动燃烧技术在锅炉设计中具有良好的优势，因此，针对制约自激励脉动燃烧性能发挥的薄弱环节，对设计方法进行深入地研究，把握好技术要点，科学、合理地控制燃烧器的布局和里克管直径的比率，对于确保锅炉使用的安全、高效、可靠，确保资源节约和环境保护的目标早日实现，确保供热企业的经济效益和社会效益达到最大化，都具有重要的意义。希望本文的分析，能够对自激励脉动燃烧式锅炉的设计提供一定的借鉴作用。
参考文献
[1]李华、张雪梅、邓凯、钟英杰.自激励脉动燃烧式锅炉设计方法[J].热能动力工程.2007（5）.
[2]钟英杰、李华、陈福连、涂建华、张雪梅.热声型自激励脉动燃油锅炉研究[J].热力发电.2006（10）.
[3]李善斌、王怀彬.脉冲燃烧燃气锅炉的设计与测试[J].煤气与热力.2005（12）.